根滾柱 17呈行數(shù)為2的矩陣排布；每根滾柱17的兩端分別通過滾柱深溝球軸承21支承在支撐座 22的前、后板上；振動(dòng)臺(tái)19的底部?jī)蓚?cè)設(shè)有一體成型且對(duì)稱的兩塊滑動(dòng)塊；每塊滑動(dòng)塊的 頂部和底部與對(duì)應(yīng)一組的四根滾柱17形成滾動(dòng)副，從而限制振動(dòng)臺(tái)19沿偏心輪軸18的徑 向竄動(dòng)；振動(dòng)臺(tái)19的前、后面位于偏心槽兩側(cè)均開有限位槽組，限位槽組包括兩個(gè)限位槽； 支撐座22的前、后板與振動(dòng)臺(tái)19的各個(gè)限位槽之間均設(shè)有滾珠20,滾珠20限制振動(dòng)臺(tái)19 沿偏心輪軸18的軸向竄動(dòng)。
[0025] 主動(dòng)帶輪13固定在伺服電機(jī)2的輸出軸上，從動(dòng)帶輪16固定在振動(dòng)機(jī)構(gòu)3的偏 心輪軸18上；主動(dòng)帶輪13與從動(dòng)帶輪16通過同步帶14連接，張緊機(jī)構(gòu)15張緊同步帶14 ; 電機(jī)安裝座1固定在激振裝置底板7上，伺服電機(jī)2固定于電機(jī)安裝座1，并驅(qū)動(dòng)主動(dòng)帶輪 13轉(zhuǎn)動(dòng)；主動(dòng)帶輪13經(jīng)同步帶14和從動(dòng)帶輪16帶動(dòng)偏心輪軸18轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使振動(dòng)臺(tái)19 微幅振動(dòng)；主動(dòng)帶輪13的直徑大于從動(dòng)帶輪16的直徑，從而實(shí)現(xiàn)增頻功能。
[0026] 激光位移傳感器5檢測(cè)工件的微位移；三向力傳感器6安裝于振動(dòng)臺(tái)19上，檢測(cè) 刀具的切削負(fù)載力；夾具4固定在三向力傳感器6頂部；激光位移傳感器5及三向力傳感器 6的信號(hào)輸出端口分別與前置放大器8的一個(gè)模擬量輸入端口連接；前置放大器8將放大 后的信號(hào)傳給電信號(hào)轉(zhuǎn)換板9的模擬量輸入端口，電信號(hào)轉(zhuǎn)換板9通過外接電纜將信號(hào)傳 輸至數(shù)據(jù)采集卡10,數(shù)據(jù)采集卡10通過PCI接口傳輸信號(hào)至工控機(jī)11 ;工控機(jī)11對(duì)工件 的微位移振動(dòng)頻率及刀具的切削負(fù)載力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并對(duì)輸出量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；經(jīng) 工控機(jī)11優(yōu)化后的輸出量通過驅(qū)動(dòng)器12控制伺服電機(jī)2轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整工件的微位移振 動(dòng)頻率。
[0027] -種振動(dòng)加工用工件微激振方法，具體步驟如下：
[0028] 步驟一、將工件放置于振動(dòng)臺(tái)19上的三向力傳感器6頂部，夾具4夾緊工件；啟動(dòng) 伺服電機(jī)2,通過主動(dòng)帶輪13、同步帶14和從動(dòng)帶輪16帶動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)3的偏心輪軸18轉(zhuǎn) 動(dòng)；偏心輪軸18的偏心輪激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)19振動(dòng)，從而使工件產(chǎn)生微幅振動(dòng)。
[0029] 步驟二、啟動(dòng)機(jī)床，刀具在工件微幅振動(dòng)下對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)切削。
[0030] 步驟三、工件加工時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)中激光位移傳感器5以及三向力傳感器6輸出的 電信號(hào)傳輸至前置放大器8的模擬量輸入端口，經(jīng)前置放大器8放大后的電信號(hào)傳輸至電 信號(hào)轉(zhuǎn)換板9的模擬量輸入端口；輸入轉(zhuǎn)換板的模擬信號(hào)通過外接電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集卡 10,數(shù)據(jù)采集卡10先進(jìn)行通道掃描及增益運(yùn)算處理，來優(yōu)化模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換效率及精度，然 后對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行高速A/D轉(zhuǎn)換，最終通過PCI接口傳輸至工控機(jī)11內(nèi)。
[0031] 步驟四、工控機(jī)11對(duì)工件的微位移振動(dòng)頻率及刀具的切削負(fù)載力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 分析，并對(duì)輸出量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)工控機(jī)11優(yōu)化后的輸出量通過驅(qū)動(dòng)器12控制伺服電機(jī) 2轉(zhuǎn)速，進(jìn)而對(duì)工件的振動(dòng)頻率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而優(yōu)化工件的振動(dòng)切削工況。
[0032] 如圖4所示，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)工件振動(dòng)切削工況的監(jiān)控及優(yōu)化過程具體如下：設(shè)刀具 對(duì)工件進(jìn)行切削加工時(shí)的切削速度vf和進(jìn)給速度v。，激光位移傳感器5反饋工件的初始振 動(dòng)頻率三向力傳感器6反饋刀具對(duì)工件的切削負(fù)載力，切削負(fù)載力包括切削抗力Fx、側(cè) 向力Fy和進(jìn)給抗力Fz;工控機(jī)11計(jì)算求解泛函人=j" |i^ |2 + |i7,, |2 + |i7: |2汾，T在 JO一 20~30s中選一個(gè)值，若該泛函沒有極值，則工控機(jī)11通過驅(qū)動(dòng)器12控制伺服電機(jī)2轉(zhuǎn)速， 帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)19將工件的振動(dòng)頻率調(diào)整為fk+1=fk+Af，產(chǎn)生新的切削負(fù)載力，并通過三向 力傳感器6反饋到工控機(jī)，再由工控機(jī)在下一個(gè)周期T內(nèi)計(jì)算泛函，其中，k= 0, 1，2. ..，m， m為不超過80的整數(shù)，Af為振動(dòng)頻率調(diào)整的步長(zhǎng)，可在5~10HZ中選一個(gè)值；若某個(gè)周期 T內(nèi)泛函出現(xiàn)極值，可確定該周期T內(nèi)在極值點(diǎn)處的振動(dòng)頻率為工件的最優(yōu)振動(dòng)頻率f，繼 而工控機(jī)11通過驅(qū)動(dòng)器12控制伺服電機(jī)2轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)19將工件的振動(dòng)頻率調(diào)整為 最優(yōu)振動(dòng)頻率f，刀具在工件保持最優(yōu)振動(dòng)頻率f振動(dòng)下對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)切削。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種振動(dòng)加工用工件微激振裝置，包括伺服電機(jī)、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、監(jiān)控系統(tǒng)、夾具和激振 裝置底板，其特征在于： 所述的振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滾柱、偏屯、輪軸、振動(dòng)臺(tái)、滾珠和支撐座；所述的監(jiān)控系統(tǒng)包括激 光位移傳感器、=向力傳感器、前置放大器、電信號(hào)轉(zhuǎn)換板、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)和驅(qū)動(dòng)器； 所述的支撐座固定于激振裝置底板上；所述偏屯、輪軸的兩端分別通過軸承支承在支撐座的 前、后板上，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏屯、輪軸；所述振動(dòng)臺(tái)底部的偏屯、槽的兩側(cè)壁與偏屯、輪軸的偏屯、 輪相切；n根滾柱均分為兩組設(shè)置在偏屯、輪軸兩側(cè)，每組的滾柱呈行數(shù)為2的矩陣排布，其 中，n> 8,且為偶數(shù)；每根滾柱的兩端分別通過軸承支承在支撐座的前、后板上；所述振動(dòng) 臺(tái)的底部?jī)蓚?cè)設(shè)有一體成型且對(duì)稱的兩塊滑動(dòng)塊；每塊滑動(dòng)塊的頂部和底部與對(duì)應(yīng)一組滾 柱形成滾動(dòng)副；振動(dòng)臺(tái)的前、后面位于偏屯、槽兩側(cè)均開有限位槽組，限位槽組包括兩個(gè)限位 槽；支撐座的前、后板與振動(dòng)臺(tái)的各個(gè)限位槽之間均設(shè)有滾珠； 所述的激光位移傳感器檢測(cè)工件的微位移；所述的=向力傳感器安裝于振動(dòng)臺(tái)上，檢 測(cè)刀具的切削負(fù)載力；所述的夾具固定在=向力傳感器頂部；激光位移傳感器及=向力傳 感器的信號(hào)輸出端口分別與前置放大器的一個(gè)模擬量輸入端口連接；前置放大器將放大后 的信號(hào)傳給電信號(hào)轉(zhuǎn)換板的模擬量輸入端口，電信號(hào)轉(zhuǎn)換板通過外接電纜將信號(hào)傳輸至數(shù) 據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡通過PCI接口傳輸信號(hào)至工控機(jī)；所述的工控機(jī)對(duì)工件的微位移振 動(dòng)頻率及刀具的切削負(fù)載力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并對(duì)輸出量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；經(jīng)工控機(jī)優(yōu)化 后的輸出量通過驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)調(diào)整工件的微位移振動(dòng)頻率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種振動(dòng)加工用工件微激振裝置，其特征在于：所述伺服電 機(jī)固定于電機(jī)安裝座，其輸出軸上固定有主動(dòng)帶輪；電機(jī)安裝座固定在激振裝置底板上； 從動(dòng)帶輪固定在振動(dòng)機(jī)構(gòu)的偏屯、輪軸上；所述的主動(dòng)帶輪與從動(dòng)帶輪通過同步帶連接，張 緊機(jī)構(gòu)張緊同步帶；所述主動(dòng)帶輪的直徑大于從動(dòng)帶輪的直徑。3. 采用權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)加工用工件微激振裝置對(duì)工件的微激振方法，其特 征在于：該方法的具體步驟如下： 步驟一、將工件放置于振動(dòng)臺(tái)上的=向力傳感器頂部，夾具夾緊工件；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏 屯、輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)；偏屯、輪軸的偏屯、輪激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，從而使工件產(chǎn)生微幅振動(dòng)； 步驟二、啟動(dòng)機(jī)床，刀具在工件微幅振動(dòng)下對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)切削； 步驟=、工件加工時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)中激光位移傳感器W及=向力傳感器輸出的電信號(hào)傳 輸至前置放大器的模擬量輸入端口，經(jīng)前置放大器放大后的電信號(hào)傳輸至電信號(hào)轉(zhuǎn)換板的 模擬量輸入端口；輸入轉(zhuǎn)換板的模擬信號(hào)通過外接電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡先 進(jìn)行通道掃描及增益運(yùn)算處理，來優(yōu)化模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換效率及精度，然后對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行高 速A/D轉(zhuǎn)換，最終通過PCI接口傳輸至工控機(jī)內(nèi)； 步驟四、工控機(jī)對(duì)工件的微位移振動(dòng)頻率及刀具的切削負(fù)載力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并 對(duì)輸出量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)工控機(jī)優(yōu)化后的輸出量通過驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而對(duì) 工件的振動(dòng)頻率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而優(yōu)化工件的振動(dòng)切削工況。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的工件微激振方法，其特征在于；所述的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)工件振動(dòng) 切削工況的監(jiān)控及優(yōu)化過程具體如下；設(shè)刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工時(shí)的切削速度Vf和進(jìn) 給速度V。，激光位移傳感器反饋工件的初始振動(dòng)頻率片;=向力傳感器反饋刀具對(duì)工件的 切削負(fù)載力，切削負(fù)載力包括切削抗力Fx、側(cè)向力Fy和進(jìn)給抗力FZ;工控機(jī)計(jì)算求解泛函 /jj=IF, |2 +1F|2 +I護(hù)，|2玻，T在2〇~3〇s中選一個(gè)值，若該泛函沒有極值，則工控 機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)將工件的振動(dòng)頻率調(diào)整為fw=fk+Af，產(chǎn)生 新的切削負(fù)載力，并通過=向力傳感器反饋到工控機(jī)，再由工控機(jī)在下一個(gè)周期T內(nèi)計(jì)算 泛函，其中，k= 0, 1，2. ..，m，m為不超過80的整數(shù)，Af為振動(dòng)頻率調(diào)整的步長(zhǎng)，可在5~ 10HZ中選一個(gè)值；若某個(gè)周期T內(nèi)泛函出現(xiàn)極值，可確定該周期T內(nèi)在極值點(diǎn)處的振動(dòng)頻 率為工件的最優(yōu)振動(dòng)頻率f，繼而工控機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)將工件 的振動(dòng)頻率調(diào)整為最優(yōu)振動(dòng)頻率f，刀具在工件保持最優(yōu)振動(dòng)頻率f振動(dòng)下對(duì)工件進(jìn)行振 動(dòng)切削。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種振動(dòng)加工用工件微激振裝置及方法。目前并沒有簡(jiǎn)單實(shí)用的振動(dòng)加工用工件微激振裝置及方法。本發(fā)明的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪軸；振動(dòng)臺(tái)底部的偏心槽與偏心輪軸的偏心輪相切；n根滾柱均分為兩組設(shè)置在偏心輪軸兩側(cè)；振動(dòng)臺(tái)的底部?jī)蓚?cè)設(shè)有兩塊滑動(dòng)塊；每塊滑動(dòng)塊的頂部和底部與對(duì)應(yīng)一組滾柱形成滾動(dòng)副。振動(dòng)加工用工件微激振方法，步驟如下：工件置于三向力傳感器頂部，夾具夾緊工件；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪軸，偏心輪激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)；監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)工件振動(dòng)切削進(jìn)行監(jiān)控及優(yōu)化，并控制伺服電機(jī)對(duì)工件的振動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明可高效實(shí)現(xiàn)工件微激振加工，并對(duì)工件微位移振動(dòng)頻率和切削負(fù)載力實(shí)時(shí)監(jiān)控、檢測(cè)與診斷。
【IPC分類】B06B1/16, B23Q17/00, B23Q17/09, B23Q17/24
【公開號(hào)】CN104923470
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510242827
【發(fā)明人】倪敬, 郎建榮, 鄭嘉慶, 李璐
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日